Siklotron
Vikipedi, özgür ansiklopedi
Siklotron bir çeşit parçacık hızlandırıcıdır. Siklotronlar yüklü parçacıkları yüksek frekanslı alternatif gerilim kullanarak hızlandırır.
Siklotrona uygulanan gerilim dikine bir manyetik alan oluşturarak parçacıkların bir çesit çember yol izlemelerini sağlar.
1929 yılında Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde Ernest O. Lawrence, tarafından icat edilmiştir. Çok bilinmemesine rağmen aslında aynı dönemlerde Macar Sándor Gaál siklotronun çalışma prensiplerini tarif etmiştir. Ancak uluslararası kaynaklarca Lawrence ilk olarak bu cihazı yapan ve icat eden kişi olarak gösterilmiştir.
Her ne kadar lineer hızlandırıcılar prensipte yüksek parçacık enerjilerine ulaşsalar da, artan enerjiyle birlikte makinenin boyu ve maliyeti de artmaktadır. Bu nedenle, genelde parçacıklar dairesel bir yol boyunca hızlandırılmak istenmektedir. Böylece aynı hızlandırıcı birimlerin kullanılması mümkün olacaktır (lattice = örgü). Bu ilkeyi temel alan ilk dairesel hızlandırıcı Lawrance tarafından önerilen “siklotrondur”. Parçacığın dairesel bir yörüngeyi izlemesini sağlamak için 2T şiddetinde homojen bir alan (Bz) üreten demir mıknatıslar kullanılmaktadır. Parçacık mıknatısın kutupları arasında dairesel bir bölgede (xy) frekansıyla dolanır. Buna aynı zamanda siklotron frekansı da denir. Burada nin parçacığın hızından bağımsız olduğuna dikkat etmek gerekir. Bunun nedeni, enerji arttıkça yörünge yarıçapının ve dolayısıyla parçacığın dolandığı çevrenin artmasıdır. Yüksek hız, m kütlesinin sabit olması şartıyla (yani relativistik olmayan parçacıklar için) daha büyük bir yarıçapla karşılanır.
Siklotron, sarımlardan sabit bir akım geçen H şeklinde büyük bir mıknatıstan meydana gelmektedir. Mıknatısın kutupları arasında, D-elektrotları (DEE) bulunan bir vakum odası vardır. D-elektrotları parçacıkların hızlanmasından sorumludur. Jeneratörün üretmiş olduğu RF voltajı bu iki yarım elektrota uygulanmaktadır. Parçacıklar, merkezde iki kutbun arasında yer alan bir iyon kaynağından yayınlanırlar. İki DEE arasından geçerken hızlanan parçacıklar daha büyük bir yarıçapa sahip yörüngeyle yollarına devam ederler. Kaynağın frekansı siklotron frekansına eşit olacak şekilde seçilmelidir. Böylece parçacık boşluğa her gelişinde aynı hızlandırıcı alanla karşılaşır. Parçacıklar enerji kazandıkça, spiraller çizerek mıknatısın kenarına ulaşırlar. Mıknatısın kenarında küçük bir elektrot ya da yansıtıcı mıknatıs tarafından yansıtılıp ve deney amacıyla kullanılırlar. Klasik siklotronlar, protonları, döteronları ve α-parçacıklarını 22 MeV’a kadar hızlandırabilmektedir. Bu enerjilerde bile hareket relativistik değildir. Daha yüksek enerjilerde siklotron frekansı artan kütleyle birlikte ters orantılı olarak azalmaktadır. Eğer RF frekansı da uygun olarak artırılırsa daha yüksek enerjilere ulaşılabilir. Bu işlemin yapıldığı hızlandırıcılara da “sinkrosiklotron” denir.
